WO2010073612A1 - スクロール型圧縮機 - Google Patents

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WO2010073612A1
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elastic body
scroll
main shaft
orbiting scroll
balancer
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Inventor
竹内真実
鈴木孝幸
太田将弘
渡辺和英
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/00Components
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C2270/12Vibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/06Silencing

Definitions

  • the present invention relates to a scroll type compressor that constitutes an in-vehicle air conditioner or the like.
  • Scroll type compressors are provided with fixed scrolls and orbiting scrolls each having a spiral scroll wall. Then, the orbiting scroll is revolved with respect to the fixed scroll to reduce the volume of the compression chamber formed between both scroll walls, thereby compressing the fluid in the compression chamber.
  • the refrigerant sucked into the housing 2 from the suction port is guided to a compression chamber formed between the orbiting scroll 3B and the fixed scroll 3A.
  • the refrigerant in the compression chamber is compressed by the revolution of the orbiting scroll 3B with respect to the fixed scroll 3A, and is discharged to the outside from the discharge port formed in the housing 2.
  • the orbiting scroll 3B is supported by a boss 4a provided by being offset from the rotation center of the main shaft 4 by a predetermined dimension.
  • the orbiting scroll 3B is supported rotatably (that is, revolved) via the bearing 5 with respect to the main shaft 4 that is rotationally driven from the outside.
  • An Oldham ring (not shown) is interposed between the orbiting scroll 3B and the main shaft 4 so that the orbiting scroll 3B does not rotate while revolving.
  • the main shaft 4 is provided with a balancer 6 in order to eliminate the unbalance caused by the orbiting scroll 3B eccentric with respect to the main shaft 4.
  • a weight portion 6 b is integrally formed on an outer peripheral portion of a fan-shaped plate portion 6 a that extends in a direction opposite to the direction in which the orbiting scroll 3 B is eccentric with respect to the boss 4 a of the main shaft 4.
  • the fixed scroll 3A and the orbiting scroll 3B are each formed with an accuracy within a predetermined tolerance, but there is still a small dimensional error within the tolerance range.
  • the accuracy of the main shaft 4 also affects the positional accuracy of the orbiting scroll 3B with respect to the fixed scroll 3A. Even if these dimensional errors exist, the orbiting scroll 3B is structured to be movable within a certain range with respect to the main shaft 4 so as not to hinder the relative rotation between the fixed scroll 3A and the orbiting scroll 3B. (For example, see Patent Document 1).
  • the orbiting scroll 3 ⁇ / b> B and the balancer 6 have a structure that allows a constant angle of rotation around the central axis of the boss 4 a relative to the boss 4 a of the main shaft 4.
  • a stopper pin 7 is provided on the plate portion 6 a of the balancer 6.
  • a recess 8 for accommodating the stopper pin 7 is formed in the main shaft 4 at a position facing the stopper pin 7.
  • a clearance is formed between the stopper pin 7 and the recess 8 by forming the inner diameter of the recess 8 larger than the outer diameter of the stopper pin 7 by a certain size. Therefore, the stopper pin 7 provided on the balancer 6 can move within the clearance within the recess 8 around the boss 4a.
  • the orbiting scroll 3B is movable relative to the fixed scroll 3A
  • the pressure in the compression chamber formed between the fixed scroll 3A and the orbiting scroll 3B Due to the centrifugal force generated by the balancer 6, the orbiting scroll 3B is pressed against the fixed scroll 3A.
  • the orbiting scroll 3B is separated from the fixed scroll 3A.
  • the orbiting scroll 3B may collide with the fixed scroll 3A, and the impact sound may be generated.
  • the elastic body when the stopper pin 7 is relatively large with respect to the concave portion 8, compared with the case where the stopper pin 7 is relatively small with respect to the concave portion 8, the elastic body generates a large reaction force from the initial state and is pressed. The load is large.
  • the stopper pin 7 when the stopper pin 7 is relatively small with respect to the recess 8, the elastic body has a small reaction force from an initial state and a small pressing load. Therefore, when the compressor 1 starts to operate, the load by which the orbiting scroll 3B is pressed against the fixed scroll 3A varies greatly. Needless to say, it is preferable to suppress variations in the pressing load of the orbiting scroll 3B to the fixed scroll 3A as much as possible.
  • the present invention has been made based on such a technical problem, and suppresses variation in the pressing load of the orbiting scroll to the fixed scroll, suppresses impact at the start of the compressor, suppresses noise, and improves durability.
  • An object of the present invention is to provide a scroll compressor that can be excellent.
  • the scroll type compressor of the present invention made for such an object is a scroll type compressor, and is offset with respect to the main shaft rotatably supported by the housing forming the outer shell and the center of the main shaft.
  • the orbiting scroll that is rotatably connected to the position, and the compression chamber that compresses the refrigerant by facing the orbiting scroll are formed.
  • the fixed scroll that is fixed to the housing and the orbiting scroll are provided integrally with the orbiting scroll. And a balancer for reducing balance.
  • a projection provided in one of the main shaft or the balancer and projecting in a direction parallel to the axis of the main shaft, a recess provided in the other of the main shaft or the balancer and having an inner diameter larger than the outer diameter of the projection,
  • a first elastic body provided between the main shaft and the balancer in a compressed state in the axial direction and exhibiting resistance to movement of the convex portion in a direction perpendicular to the axis in the concave portion;
  • the load that presses the orbiting scroll against the fixed scroll can be exerted by the frictional force exhibited by the first elastic body.
  • the convex portion is in a direction perpendicular to the axis of the main shaft in the concave portion. Even if it is displaced, the frictional force exerted is almost constant and is not easily affected by the displacement amount or the dimensional error of each part.
  • the displacement of the convex part, the balancer, and the orbiting scroll means the displacement when the orbiting scroll orbits around the boss during the orbiting scroll in order to keep the orbiting scroll in contact with the fixed scroll at all times. Indicates.
  • the 2nd elastic body provided between the outer peripheral surface of a convex part and the internal peripheral surface of a recessed part can be further provided.
  • the first elastic body bears the initial pressing load
  • the second elastic body causes the convex portion to be displaced in the direction perpendicular to the axis of the main shaft within the concave portion. It can bear the pressing load when.
  • the frictional force exhibited by the first elastic body is made larger than the repulsive force exhibited by the second elastic body. Is preferred.
  • the first elastic body and the second elastic body may be integrally formed or may be kept separate. Further, the first elastic body and the second elastic body may be formed of different materials or may have different thicknesses.
  • the load that presses the orbiting scroll against the fixed scroll is exerted by the first elastic body and the second elastic body, and the sealing performance of the compression chamber is ensured.
  • the convex portion moves in the direction perpendicular to the axis within the concave portion, the frictional force exhibited by the first elastic body is greater than the repulsive force exhibited by the second elastic body, The increase / decrease amount of the pressing load exhibited by the second elastic body when the orbiting scroll is displaced can be suppressed.
  • the first elastic body and the second elastic body can hold the convex portion at a fixed position in the concave portion, and press the orbiting scroll against the fixed scroll. Can be configured to always contact. As a result, when the compressor is started, it can be avoided that the orbiting scroll in the non-contact state collides with the fixed scroll and generates noise, and the compressor can be made low noise.
  • FIG. 3 is a side view of FIG. 2. It is sectional drawing which shows the other example of the elastic member provided between the main axis
  • FIG. 1 is a diagram for illustrating a configuration of a compressor 10 in the present embodiment.
  • the compressor 10 is a scroll type, and includes a main shaft 31, a turning scroll 32 that rotates together with the main shaft 31, and a fixed scroll 33 fixed to the housing 11.
  • the refrigerant is introduced into the housing 11 from the refrigerant introduction port formed on one end side of the housing 11, and the refrigerant is stored in the compression chamber formed between the orbiting scroll 32 and the fixed scroll 33. Compressed.
  • the compressed refrigerant is discharged from a refrigerant discharge port formed on the other end side of the housing 11.
  • Both ends of the main shaft 31 are rotatably supported by the housing 11 via bearings 34 and 35.
  • One end 31a of the main shaft 31 penetrates the housing 11 and protrudes to the outside, and a drive source (not shown) is connected to the one end 31a.
  • a belt (not shown) is wound around one end 31a of the main shaft 31 and connected to the engine to transmit the driving force.
  • a motor or the like can be used as the drive source.
  • the rotation shaft of the motor and the main shaft 31 may be connected by a belt, a gear, or the like, or the rotation shaft of the motor may be used as the main shaft 31. In that case, the motor can be incorporated in the housing 11 integrally.
  • the orbiting scroll 32 and the fixed scroll 33 are respectively provided with spiral scroll walls 32b and 33b on one side of the disk-shaped end plates 32a and 33a.
  • the orbiting scroll 32 and the fixed scroll 33 combine the scroll walls 32b and 33b with each other to form a compression chamber between the scroll walls 32b and 33b.
  • a boss 37 protrudes from the other end 31 b of the main shaft 31 at a position eccentric from the central axis of the main shaft 31 by a predetermined dimension.
  • a turning scroll 32 is rotatably held by the boss 37.
  • the orbiting scroll 32 is provided eccentrically with respect to the center of the main shaft 31 by a predetermined dimension.
  • the orbiting scroll 32 rotates (revolves) with an eccentric dimension as a radius with respect to the center of the main shaft 31.
  • An Oldham ring (not shown) is interposed between the orbiting scroll 32 and the main shaft 31 so that the orbiting scroll 32 does not rotate while revolving.
  • a balancer 40 is provided between the orbiting scroll 32 and the main shaft 31 in order to eliminate imbalance due to the orbiting scroll 32 eccentric to the main shaft 31.
  • a weight portion 40b is integrally formed on the outer peripheral portion of a fan-shaped plate portion 40a that extends in a direction opposite to the direction in which the orbiting scroll 32 is eccentric with respect to the boss 37 of the main shaft 31.
  • the plate portion 40a of the balancer 40 is provided with a stopper pin (convex portion) 41 that protrudes on the opposite side to the surface facing the orbiting scroll 32.
  • a recess 42 for accommodating the stopper pin 41 is formed at a position facing the stopper pin 41.
  • the concave portion 42 has an inner diameter that is larger than the outer diameter of the stopper pin 41 by a certain size, and a clearance is formed between the stopper pin 41 and the concave portion 42. Thereby, the stopper pin 41 provided in the balancer 40 can move within the clearance within the recess 42.
  • an elastic member 50 is provided in the clearance between the recess 42 and the stopper pin 41.
  • the elastic member 50 includes a cylindrical peripheral elastic body (second elastic body) 51 interposed between the inner peripheral surface of the concave portion 42 and the outer peripheral surface of the stopper pin 41, the bottom portion 42 b of the concave portion 42, and the stopper pin 41. And a disc-shaped bottom elastic body (first elastic body) 52 interposed between the front end surface 41b and the disk.
  • the peripheral elastic body 51 and the bottom elastic body 52 may be separated from each other, or as shown in FIG. 4, an elastic member 50 having a shape in which the peripheral elastic body 51 and the bottom elastic body 52 are integrated may be used. .
  • the bottom elastic body 52 is provided so as to be interposed in a compressed state between the bottom 42 b of the recess 42 and the tip end surface 41 b of the stopper pin 41. For this reason, the balancer 40 is restrained from moving toward the orbiting scroll 32 by the stopper ring 43 provided on the main shaft 31. Thereby, the space
  • the peripheral elastic body 51 and the bottom elastic body 52 exert a predetermined pressing load so as to maintain the state in which the orbiting scroll 32 is pressed against the fixed scroll 33 even when the compressor 10 is unloaded. It is assembled in a state to do. For this reason, when the compressor 10 is unloaded, the stopper pin 41 is designed to be offset from the center of the concave portion 42 so that the peripheral elastic body 51 and the bottom elastic body 52 are deformed by the stopper pin 41. .
  • the peripheral elastic body 51 and the bottom elastic body 52 are each formed of a rubber-based material having elasticity.
  • the surrounding elastic body 51 interposed between the inner peripheral surface of the recess 42 and the outer peripheral surface of the stopper pin 41 is elastically deformed when the stopper pin 41 is displaced in the direction orthogonal to the axis of the stopper pin 41 in the recess 42. Then, a reaction force is applied to the stopper pin 41. That is, when the orbiting scroll 32 is displaced in the radial direction of the main shaft 31 due to contact with the fixed scroll 33, the surrounding elastic body 51 exerts a reaction force.
  • the bottom elastic body 52 is interposed between the bottom 42 b of the recess 42 and the tip end surface 41 b of the stopper pin 41 in a compressed state, so that a frictional force is always applied to the stopper pin 41.
  • the bottom elastic body 52 applies a frictional resistance force to the stopper pin 41. That is, when the orbiting scroll 32 is displaced in the radial direction of the main shaft 31 due to contact with the fixed scroll 33, the bottom elastic body 52 exerts a frictional resistance.
  • the initial pressing load F1 is given to the orbiting scroll 32 by the frictional resistance force of the bottom elastic body 52, and when the orbiting scroll 32 is displaced, the displacement pressing load F2 due to the reaction force by the surrounding elastic body 51 is applied.
  • the displacement pressing load F2 by the surrounding elastic body 51 increases as the displacement of the orbiting scroll 32 increases.
  • the ratio of the initial pressing load F1 by the bottom elastic body 52 is increased, the range in which the stopper pin 41 is displaced in the recess 42 in consideration of the processing tolerance of each part (indicated as “tolerance” in FIG. 5).
  • the increase / decrease amount of the displacement pressing load F2 within the range) can be suppressed. That is, in FIG.
  • the inclination of the change in pressing load when the orbiting scroll 32 is displaced can be reduced. Then, even if there is an error in the clearance between the stopper pin 41 and the recess 42 within the range of machining tolerances of the orbiting scroll 32, the fixed scroll 33, the main shaft 31, etc., the elastic member 50 acts on the orbiting scroll 32 within that range. The variation of the pressing load can be reduced. Therefore, the maximum value of the pressing load acting on the orbiting scroll 32 (initial pressing load F1 + displacement) when the orbiting scroll 32 is displaced to the maximum (the maximum displacement of the stopper pin 41 in the recess 42 in consideration of processing tolerances).
  • the ratio of the initial pressing load F1 by the bottom elastic body 52 to the pressing load F2) is preferably increased, for example, 50% or more, more preferably about 70%. Although it is possible to make this ratio 100%, that is, without the surrounding elastic body 51 and only the bottom elastic body 52, the displacement of the stopper pin 41 in the recess 42 during the rotation of the orbiting scroll 32 and the fixed scroll 33. Since the fluctuation component can be generated at high speed, it is preferable that the surrounding elastic body 51 bears the fluctuation component.
  • the elastic modulus of the surrounding elastic body 51 and the bottom elastic body 52 may be made different (materials are made different) or the thicknesses may be made different. These settings may be appropriately designed according to the required performance.
  • the elastic member 50 composed of the surrounding elastic body 51 and the bottom elastic body 52 is interposed between the movable orbiting scroll 32 and the main shaft 31 so as to absorb the processing error of each part and always orbit.
  • the sealing performance of the compression chamber can be maintained by bringing the scroll 32 into contact with the fixed scroll 33 with a certain contact pressure or higher.
  • the pressing load applied to the orbiting scroll 32 by the elastic member 50 is within the processing error range.
  • the rotating scroll 32 and the fixed scroll 33 can be reliably brought into contact with each other while maintaining a stable contact pressure. Moreover, such an effect can be realized at low cost without particularly increasing the processing accuracy of each part.
  • the stopper pin 41 can be held at a fixed position in the recess 42 by the elastic member 50 in a no-load state (a state where the compressor 10 is not operating). Therefore, the orbiting scroll 32 can be in constant contact with the fixed scroll 33 in the no-load state. As a result, when the compressor 10 is started, it can be avoided that the orbiting scroll 32 that has been in a non-contact state collides with the fixed scroll 33 to generate noise, and the compressor 10 is made low noise. Can do.
  • the configuration is not intended to be limited to the above-described configuration, and the present invention can be applied to a compressor having another configuration. Needless to say.
  • the position where the bottom elastic body 52 is incorporated is not limited to the position shown above as long as it is between the main shaft 31 and the balancer 40.
  • the bottom elastic body 52 may be interposed between the front end surface 31 c of the main shaft 31 and the back surface 40 c of the plate portion 40 a of the balancer 40.
  • the surrounding elastic body 51 is cylindrical, it is not limited to this.
  • the peripheral elastic body 51 is not provided on the entire periphery between the inner peripheral surface of the recess 42 and the outer peripheral surface of the stopper pin 41, but is interposed between the inner peripheral surface of the recess 42 and the outer peripheral surface of the stopper pin 41.
  • the turning scroll 32 may be provided only on the outer periphery side of the turning radius. Also by this, the impact sound at the time of starting can be suppressed. Thereby, assembly property improves.
  • the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
  • SYMBOLS 10 ... Compressor, 11 ... Housing, 31 ... Main shaft, 31a ... One end, 31b ... Other end, 32 ... Orbiting scroll, 32b ... Scroll wall, 33 ... Fixed scroll, 33b ... Scroll wall, 37 ... Boss, 40 ... Balancer 40a ... Plate part, 40b ... Weight part, 41 ... Stopper pin (convex part), 41b ... Tip surface, 42 ... Concave part, 42b ... Bottom part, 43 ... Stopper ring, 50 ... Elastic member, 51 ... Peripheral elastic body (first) Second elastic body), 52 ... bottom elastic body (first elastic body)

Abstract

 旋回スクロールの固定スクロールへの押し付け荷重のバラつきを抑え、圧縮機の起動時における衝撃を抑え、騒音を抑えるとともに、耐久性を優れたものとすることのできるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。  旋回スクロール側のストッパピン41と、主軸31側の凹部42との間に、周囲弾性体51と、主軸31の軸線方向に圧縮状態とされた底部弾性体52と、を介在させることで、旋回スクロールを、各部の加工誤差を吸収して常時固定スクロールに接触させて圧縮室のシール性を維持する。

Description

スクロール型圧縮機
 本発明は、車載用空気調和機等を構成するスクロール型圧縮機に関する。
 スクロール型の圧縮機は、渦巻状のスクロール壁をそれぞれ有する固定スクロールと旋回スクロールとを備える。そして、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のスクロール壁の間に形成される圧縮室の容積を減少させることで、圧縮室内の流体の圧縮を行う。
 図6に示すように、このような圧縮機1においては、吸入ポートからハウジング2内に吸入された冷媒は、旋回スクロール3Bと固定スクロール3Aとの間に形成された圧縮室へ導かれる。圧縮室内の冷媒は、固定スクロール3Aに対する旋回スクロール3Bの公転により圧縮され、ハウジング2に形成された吐出ポートから外部に吐出される。
 ここで、旋回スクロール3Bは、主軸4の回転中心から所定寸法だけオフセットして設けられたボス4aに支持されている。これにより、旋回スクロール3Bは、外部から回転駆動される主軸4に対し、軸受5を介して回転自在(すなわち公転自在)に支持されている。なお旋回スクロール3Bが、公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール3Bと主軸4との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
 また、主軸4には、主軸4に対して偏心した旋回スクロール3Bによるアンバランスを解消するため、バランサ6が設けられている。バランサ6は、主軸4のボス4aに対し、旋回スクロール3Bが偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部6aの外周部に、ウェイト部6bが一体に形成されている。
 ところで、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bは、それぞれ所定の公差内の精度で形成されているが、それでも公差範囲内の微少な寸法誤差が存在する。また、主軸4の精度等も、固定スクロール3Aに対する旋回スクロール3Bの位置精度に影響する。
 これらの寸法誤差が存在しても、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの相対回転に支障の生じないよう、旋回スクロール3Bは、主軸4に対し、一定の範囲内で可動する構造とされている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、旋回スクロール3Bおよびバランサ6は、主軸4のボス4aに対し、ボス4aの中心軸周りに、一定角度の旋回が許容される構造となっている。バランサ6のプレート部6aにストッパピン7が設けられている。主軸4において、このストッパピン7に対向する位置には、ストッパピン7を収容する凹部8が形成されている。ストッパピン7の外径に対し、凹部8の内径を一定寸法大きく形成することで、ストッパピン7と凹部8との間にクリアランスが形成されている。したがって、バランサ6に設けられたストッパピン7が、ボス4aを中心として凹部8の内部で前記のクリアランスの範囲内で移動可能となっている。これにより、旋回スクロール3Bおよびバランサ6は、主軸4のボス4aを中心として回転したときに、ストッパピン7と凹部8とのクリアランス範囲内において旋回が許容される。このように、旋回スクロール3Bを一定の許容範囲内で可動とすることで、各部の製造誤差等を吸収し、固定スクロール3Aに対して常に密着させる。
 上記のように、固定スクロール3Aに対し、旋回スクロール3Bが可動する構造においては、圧縮機1の作動中においては、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの間に形成された圧縮室の圧力と、バランサ6で生じる遠心力とにより、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに押し付けられる。しかし、圧縮機1の停止中には、固定スクロール3Aに対し、旋回スクロール3Bが離れている。この状態から圧縮機1を起動させると、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに衝突し、その衝撃音が生じることがある。
 そこで、上記のようにして主軸4に対して旋回スクロール3Bが可動する構造において、主軸4と旋回スクロール3Bとの間に、弾性体を備えることで、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの衝突時の衝撃を緩衝するものも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平1-271681号公報 特許第3781460号公報
 主軸4と旋回スクロール3Bとの間に弾性体を備えた場合、主軸4に対し、旋回スクロール3Bが、ストッパピン7と凹部8とのクリアランス範囲内で移動すると、旋回スクロール3Bは、その移動量に応じて弾性体からの反力を受ける。この反力が旋回スクロール3Bを固定スクロール3Aに押し付ける荷重(以下、これを押し付け荷重と適宜称する。)となる。
 ここで、図7に示すように、主軸4や旋回スクロール3B等、各部の加工精度が規定の公差内であったとしても、初期の状態(無負荷の状態)では、弾性体からの反力、すなわち旋回スクロール3Bの固定スクロール3Aへの押し付け荷重にはバラつきが生じる。例えば、凹部8に対しストッパピン7が相対的に大きい場合には、凹部8に対しストッパピン7が相対的に小さい場合に比較すると、弾性体ではより初期の状態から大きな反力を生じ、押し付け荷重が大きい状態となっている。逆に、凹部8に対しストッパピン7が相対的に小さい場合、弾性体ではより初期の状態から反力が小さく、押し付け荷重も小さい。したがって、圧縮機1が作動し始めると、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに押し付けられる荷重が大きくばらつくことになる。
 このような旋回スクロール3Bの固定スクロール3Aへの押し付け荷重のバラつきは、なるべく抑えるのが好ましいのは言うまでもない。押し付け荷重が過大になると、固定スクロール3A、旋回スクロール3Bの接触部分の発熱、摩耗等が生じる。このため、一つには、各部の加工精度を高める手法があるが、これは加工コストの上昇に直結するので好ましくない。
 また、前記したような、圧縮機1の起動時における固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの衝突による衝撃を、騒音や耐久性の観点から抑えるのが好ましい。ただし、特許文献2に開示されている技術は、圧縮機1が無負荷の初期の状態においては、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bはあくまでも非接触の状態である。この圧縮機1が作動し始めたときに、非接触状態であった固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとが衝突するときの衝撃を緩衝しようというものである。したがって、特許文献2に開示されている技術では、衝撃は緩衝されるとはいえ存在することに変わりはない。
 本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、旋回スクロールの固定スクロールへの押し付け荷重のバラつきを抑え、圧縮機の起動時における衝撃を抑え、騒音を抑えるとともに、耐久性を優れたものとすることのできるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。
 かかる目的のもとになされた本発明のスクロール型圧縮機は、スクロール型の圧縮機であって、外殻を形成するハウジングに回転自在に支持された主軸と、主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジングに固定された固定スクロールと、旋回スクロールと一体に設けられ、旋回スクロールのアンバランスを軽減するバランサと、を備える。そして、主軸またはバランサの一方に設けられた、主軸の軸線と平行な方向に突出する凸部と、主軸またはバランサの他方に設けられ、凸部の外径よりも大きな内径を有した凹部と、主軸とバランサとの間に、軸線方向に圧縮状態で設けられ、凹部内における軸線に直交する方向への凸部の移動に対して抵抗力を発揮する第一の弾性体と、を備えることを特徴とする。
 第一の弾性体で発揮する摩擦力により、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重を発揮することができる。
 このとき、第一の弾性体は、凸部の先端部と凹部の底部との間に、軸線方向に圧縮状態で設けられているため、凸部が凹部内で主軸の軸線に直交する方向に変位しても、発揮する摩擦力はほぼ一定であり、変位量や、各部の寸法誤差の影響を受けにくい。
 なおここで、凸部やバランサ、旋回スクロールの変位とは、旋回スクロールが固定スクロールに常時接触した状態を維持するため、旋回スクロールの旋回中に、旋回スクロールがボスを中心として旋回したときの変位を示す。
 また、凸部の外周面と凹部の内周面との間に設けられた第二の弾性体をさらに備えることができる。これにより、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重のうち、第一の弾性体により初期押し付け荷重を担うとともに、第二の弾性体により、凸部が凹部内で主軸の軸線に直交する方向に変位したときの押し付け荷重を担うことができる。
 ここで、凸部が凹部内で軸線に直交する方向に移動したときに、第一の弾性体で発揮する摩擦力が、第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きくなるようにするのが好ましい。
 なお、第二の弾性体は、凸部の外周面と凹部の内周面との間の全周に設けるのではなく、旋回スクロールの旋回半径外周側にのみ設けるようにしてもよい。これにより、組み付け性が向上する。
 なお、第一の弾性体と第二の弾性体とは、一体成形しても良いし、別々のままとしても良い。
 また、第一の弾性体と第二の弾性体とは、互いに異なる材料で形成しても良いし、互いに厚さが異なるものとしても良い。
 本発明によれば、第一の弾性体、第二の弾性体によって旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重が発揮され、圧縮室のシール性が確保される。このとき、凸部が凹部内で軸線に直交する方向に移動したときに第一の弾性体で発揮する摩擦力が、第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きくなるようにすれば、旋回スクロールが変位したときの第二の弾性体により発揮する押し付け荷重の増減量を抑えることができる。すると、凹部と凸部とのクリアランスに、旋回スクロール、固定スクロール、主軸等の加工公差の範囲内で誤差があっても、第二の弾性体によって発揮する押し付け荷重のバラつきを小さくすることができる。
 また、無負荷状態(圧縮機が作動していない状態)において、第一の弾性体、第二の弾性体により、凸部を凹部内で一定の位置に保持でき、旋回スクロールを固定スクロールに押し付けて常時接触する構成とすることができる。その結果、圧縮機の起動時において、非接触状態にあった旋回スクロールが固定スクロールに衝突して騒音を発生させるのを避けることができ、圧縮機を低騒音なものとすることができる。
本実施の形態における圧縮機の断面図である。 主軸とバランサとの間に設けた弾性部材を示す断面図である。 図2の側面図である。 主軸とバランサとの間に設けた弾性部材の他の例を示す断面図である。 本実施の形態における凸部の変位と旋回スクロールの固定スクロールに対する接触荷重との関係を示す図である。 従来の圧縮機の断面図である。 従来の凸部の変位と旋回スクロールの固定スクロールに対する接触荷重との関係を示す図である。
 以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
 図1は、本実施の形態における圧縮機10の構成を示すための図である。
 この図1に示すように、圧縮機10は、スクロール型で、ハウジング11内に、主軸31と、主軸31とともに回転する旋回スクロール32と、ハウジング11に固定された固定スクロール33と、を備える。
 このような圧縮機10においては、ハウジング11の一端側に形成された冷媒導入ポートからハウジング11内に冷媒が導入され、旋回スクロール32と固定スクロール33との間に形成された圧縮室において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング11の他端側に形成された冷媒吐出ポートから吐出される。
 主軸31は、その両端部が、ハウジング11に軸受34、35を介して回転自在に支持されている。主軸31の一端31aは、ハウジング11を貫通して外部に突出しており、図示しない駆動源が一端31aに連結されている。ここで、エンジンを駆動源とする場合、主軸31の一端31aに、図示しないベルト等を掛け回してエンジンに連結して駆動力を伝達する。また、駆動源としては、車両のエンジンの他、モータ等を用いることも可能である。モータを駆動源とする場合、モータの回転軸と主軸31とをベルトやギヤ等で連結しても良いし、モータの回転軸を主軸31としても良い。その場合、モータは、ハウジング11の内部に一体に内蔵することも可能である。
 旋回スクロール32、固定スクロール33は、それぞれ円板状の端板32a、33aの一面側に、渦巻状のスクロール壁32b、33bが立設されている。これら旋回スクロール32と固定スクロール33は、スクロール壁32b、33bを互いに組み合わせて、双方のスクロール壁32b、33b間に圧縮室を形成している。
 主軸31の他端部31bには、主軸31の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、ボス37が突出形成されている。このボス37に、旋回スクロール32が回転自在に保持されている。これにより、旋回スクロール32は、主軸31の中心に対し、予め定められた寸法だけ偏心して設けられている。そして、主軸31がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール32は、主軸31の中心に対し、偏心した寸法を半径とした回転(公転)を行う。なお、旋回スクロール32が、公転しつつも、自転はしないよう、旋回スクロール32と主軸31との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
 また、旋回スクロール32と主軸31との間には、主軸31に対して偏心した旋回スクロール32によるアンバランスを解消するため、バランサ40が設けられている。バランサ40は、主軸31のボス37に対し、旋回スクロール32が偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部40aの外周部に、ウェイト部40bが一体に形成されている。
 図2、図3に示すように、バランサ40のプレート部40aにおいて、旋回スクロール32に対向する面とは反対側に突出するストッパピン(凸部)41が設けられている。主軸31において、このストッパピン41に対向する位置には、ストッパピン41を収容する凹部42が形成されている。この凹部42は、ストッパピン41の外径に対し、その内径が一定寸法大きく形成され、ストッパピン41と凹部42との間にクリアランスが形成されている。これにより、バランサ40に設けられたストッパピン41が、凹部42の内部で前記のクリアランスの範囲内で移動可能となっている。
 ここで、図2に示すように、凹部42とストッパピン41との間のクリアランスには、弾性部材50が設けられている。弾性部材50は、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在する筒状の周囲弾性体(第二の弾性体)51と、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間に介在する円板状の底部弾性体(第一の弾性体)52と、から形成される。これら周囲弾性体51と底部弾性体52とは、別体としても良いし、図4に示すように、これら周囲弾性体51と底部弾性体52を一体化した形状を有する弾性部材50としても良い。
 底部弾性体52は、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間で、圧縮状態で介在するよう設けられている。このため、バランサ40が、主軸31に設けられたストッパリング43により旋回スクロール32側への移動が拘束されている。これにより凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間隔が、底部弾性体52の厚さ方向の自然長よりも小さく設定されている。
 そして、これら周囲弾性体51、底部弾性体52は、圧縮機10が無負荷であるときにおいても旋回スクロール32が固定スクロール33に押し付けられた状態を維持するよう、予め定められた押し付け荷重を発揮する状態に組まれている。このため、圧縮機10が無負荷であるときに、ストッパピン41が凹部42の中心からオフセットし、ストッパピン41で周囲弾性体51、底部弾性体52を変形させた状態となるように設計する。
 これら周囲弾性体51と底部弾性体52は、それぞれ弾性を有したゴム系材料等から形成される。
 凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在する周囲弾性体51は、ストッパピン41が、凹部42内でストッパピン41の軸線に直交する方向に変位したときに弾性変形し、ストッパピン41に対して反力を作用させる。すなわち、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位した場合、周囲弾性体51が反力を作用させる。
 また、底部弾性体52は、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間で圧縮状態で介在することで、常にストッパピン41に対し摩擦力を作用させている。そして、ストッパピン41が、凹部42内でストッパピン41の軸線に直交する方向に変位したときには、底部弾性体52はストッパピン41に対して摩擦抵抗力を作用させる。すなわち、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位した場合、底部弾性体52が摩擦抵抗力を作用させる。
 このような構成により、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位しようとすると、周囲弾性体51による反力と、底部弾性体52による摩擦抵抗力とが作用する。これにより、周囲弾性体51と底部弾性体52とで、旋回スクロール32のスクロール壁32bと固定スクロール33のスクロール壁33bとの押し付け荷重を付与する。したがって、旋回スクロール32の主軸31の径方向への変位と押し付け荷重との関係は、図5に示すようなものとなる。すなわち、底部弾性体52の摩擦抵抗力により、旋回スクロール32に初期押し付け荷重F1が与えられ、旋回スクロール32が変位すると、周囲弾性体51による反力による変位押し付け荷重F2が加わる。この周囲弾性体51による変位押し付け荷重F2は、旋回スクロール32の変位が増大するほど増加する。
 ここで、底部弾性体52による初期押し付け荷重F1の割合を増やしていくと、各部の加工公差を考慮した上で凹部42内においてストッパピン41が変位する範囲(図5中で「公差」と示した範囲)内における、変位押し付け荷重F2の増減量を抑えられる。すなわち、図5において、旋回スクロール32が変位したときの押し付け荷重変化の傾きを小さくすることができる。すると、旋回スクロール32、固定スクロール33、主軸31等の加工公差の範囲内でストッパピン41と凹部42とのクリアランスに誤差があっても、その範囲内において弾性部材50により旋回スクロール32に作用させる押し付け荷重のバラつきを小さくすることができる。
 したがって、旋回スクロール32が最大に変位(加工公差を考慮したうえで、凹部42内におけるストッパピン41の最大の変位)したときに旋回スクロール32に作用する押し付け荷重の最大値(初期押し付け荷重F1+変位押し付け荷重F2)に対する、底部弾性体52による初期押し付け荷重F1の割合は大きくするのが好ましく、例えば50%以上、より好ましくは70%程度とするのが良い。
 この割合を100%、つまり周囲弾性体51を備えず底部弾性体52のみとすることも可能ではあるが、旋回スクロール32と固定スクロール33の回転中は、凹部42内におけるストッパピン41の変位が高速に生じ得るため、その変動成分を周囲弾性体51で担うようにするのが好ましい。
 これには、周囲弾性体51と底部弾性体52とで、弾性係数を異ならせたり(材質を異ならせる)、厚さを異ならせれば良い。これらの設定については、要求性能に応じ、適宜設計すればよいものである。
 このようにして、周囲弾性体51と底部弾性体52とからなる弾性部材50を、可動とした旋回スクロール32と主軸31との間に介在させることで、各部の加工誤差を吸収して常時旋回スクロール32を固定スクロール33に一定以上の接触圧で接触させて圧縮室のシール性を維持することができる。特に、旋回スクロール32が変位したときの押し付け荷重変化の傾きを小さくすることで、各部の加工誤差があっても、その加工誤差範囲内において弾性部材50により旋回スクロール32に作用させる押し付け荷重のバラつきを小さくし、安定した接触圧を保って旋回スクロール32と固定スクロール33とを確実に接触させることができる。しかも、このような効果は、各部の加工精度を特に高めることなく、低コストで実現することができる。
 また、無負荷状態(圧縮機10が作動していない状態)において、弾性部材50により、ストッパピン41を凹部42内で一定の位置に保持できる。そこで、無負荷状態において、旋回スクロール32が固定スクロール33と常時接触する構成とすることができる。
 その結果、圧縮機10の起動時において、非接触状態にあった旋回スクロール32が固定スクロール33に衝突して騒音を発生させるのを避けることができ、圧縮機10を低騒音なものとすることができる。
 なお、上記実施の形態では、圧縮機10の全体構成を説明したが、その構成については上記に挙げたものに限定する意図は無く、他の構成を有した圧縮機においても本発明を適用できるのは言うまでもない。
 また、底部弾性体52を組み込む位置については、主軸31とバランサ40との間であれば、上記に示した位置に限るものではない。例えば、主軸31の先端面31cとバランサ40のプレート部40aの背面40cとの間に底部弾性体52を介在させても良い。
 さらに、周囲弾性体51は筒状としたが、これに限るものではない。周囲弾性体51は、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間の全周に設けるのではなく、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在する構成において、旋回スクロール32の旋回半径外周側にのみ設けるようにしてもよい。これによっても、起動時の衝撃音は抑制できる。これにより、組み付け性が向上する。
 これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
 10…圧縮機、11…ハウジング、31…主軸、31a…一端、31b…他端部、32…旋回スクロール、32b…スクロール壁、33…固定スクロール、33b…スクロール壁、37…ボス、40…バランサ、40a…プレート部、40b…ウェイト部、41…ストッパピン(凸部)、41b…先端面、42…凹部、42b…底部、43…ストッパリング、50…弾性部材、51…周囲弾性体(第二の弾性体)、52…底部弾性体(第一の弾性体)

Claims (7)

  1.  スクロール型の圧縮機であって、
     外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、
     前記主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、
     前記旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、前記ハウジングに固定された固定スクロールと、
     前記旋回スクロールと一体に設けられ、前記旋回スクロールのアンバランスを軽減するバランサと、
     前記主軸または前記バランサの一方に設けられ、前記主軸の軸線と平行な方向に突出する凸部と、
     前記主軸または前記バランサの他方に設けられ、前記凸部の外径よりも大きな内径を有して前記凸部が挿入される凹部と、
     前記主軸と前記バランサとの間に、前記軸線方向に圧縮状態で設けられ、前記凹部内における前記軸線に直交する方向への前記凸部の移動に対して抵抗力を発揮する第一の弾性体と、
    を備えることを特徴とするスクロール型圧縮機。
  2.  前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との間に設けられた第二の弾性体をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスクロール型圧縮機。
  3.  前記第二の弾性体が、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との間において、前記旋回スクロールの旋回半径外周側に設けられていることを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
  4.  前記凸部が前記凹部内で前記軸線に直交する方向に移動したときに、前記第一の弾性体で発揮する摩擦力が、前記第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
  5.  前記第一の弾性体と前記第二の弾性体とが、一体成形されていることを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
  6.  前記第一の弾性体と前記第二の弾性体とが、互いに異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
  7.  前記第一の弾性体と前記第二の弾性体は、互いに厚さが異なることを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
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